Atomo di idrogeno

 

Prisma ottico

 

 

Un prisma ottico è in generale un solido di materiale omogeneo trasparente alla radiazione visibile (e infrarossa se di vetro comune, parzialmente anche all’ultravioletto se di quarzo) che permette la dispersione della luce nelle sue componenti cromatiche.

  Il vetro, come il quarzo, ha la caratteristica di essere un mezzo dispersivo, perchè ha un potere rifrattivo dipendente dalla lunghezza d’onda (come scopertoda Newton nel 1666) ; ciò  permette la dispersione della luce nelle sue componenti cromatiche.

Quando un raggio luminoso passa tra la superficie di separazione di due mezzi omogenei con indice di rifrazione diversi si ha che parte della radiazione viene per parte riflessa e parte trasmessa, ciò dipende da vari fattori come: lo  stato di polarizzazione della luce, l’indice di rifrazione dei due mezzi e l’angolo di incidenza. Per la radiazione elettromagnetica visibile naturale che non è polarizzata, la quantità di radiazione trasmessa è la gran parte della radiazione incidente (escludendo il caso della riflessione totale, come dirò); nella trattazione seguente ci limiteremo a considerare esclusivamente la radiazione trasmessa (per approfondire il problema segnalo due applet, più che eccellenti di K.Hwang,[ 1],[ 2]) La legge che descrive il comportamento della singola componente trasmessa, quando passa da un mezzo di indice di rifrazione ni ad un mezzo di indice di rifrazione nr   è la legge di Snell:

 

  (1)

 

Dove i ed r sono rispettivamente l’angolo di incidenza e rifrazione rispetto alla normale della superficie di separazione. Se in generale n( l ) è una funzione caratteristica di ogni materiale, per l’aria tale funzione è indipendente dalla lunghezza d’onda (in realtà ciò è strettamente vero solo per il vuoto),ed è quindi una costante ( n=1, più piccolo che per tutti gli altri mezzi materiali). Se la luce passa da un mezzo più rifrangente ad un mezzo meno rifrangente, può accadere che da un certo valore in poi dell’angolo di incidenza (angolo limite) il raggio riflesso sia deviato rispetto alla normale di 90°,in questo caso si ha la riflessione totale. Dalla (1) abbiamo, che il valore dell’angolo limite sarà in generale diverso per ogni singola componente cromatica.

In un prisma, utilizzato per fini ottici, si fa in modo che i raggi ottici per le singole componenti cromatiche susubiscano due sole rifrazioni, di modo che misurando l’angolo di deviazione dei raggi dispersi dal prisma (conoscendo a priori l’indice di rifrazione del vetro del prisma) si possa risalire grazie alla legge di Snell alle lunghezze d’onda delle singole componenti cromatiche. Più in generale quando un raggio di luce incide sulla superficie di un prisma i raggi rifratti potrebbero avere delle riflessioni interne e il cammino di ogni raggio ottico potrebbe essere molto diverso per ogni componente cromatica.

Nella simulazione seguente si è considerato un prisma a base triangolare variabile (è possibile modificarne le dimensioni trascinando con il mouse i vertici del prisma ) su cui è possibile far incidere luce bianca o le singole componenti cromatiche nel visibile. Si è assunto che la funzione di dispersione sia lineare (ipotesi non lontana dalla realtà), si è indicato con N rif(viola) l’indice di rifrazione della componente viola e con Dnv la differenza fra l’indice di rifrazione della componente viola e la componente rossa (cioè l’indice di dispersione).
Alcuni movimenti del prisma sono stati limitati di modo che ci sia al massimo una sola riflessione interna, a tal fine si sono scelti dei valori leggermente più bassi degli indici di rifrazione del vetro; descrivere una situazione con più riflessioni interne sarebbe stato ben più complicato.

 

Foudations of Physics Group -  University of Bari - Italy    E-mail garuccio@fisica.uniba.it

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